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風電,加速向深遠海進發(fā)

來源:新能源網(wǎng)
時間:2024-08-22 23:02:27
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2024年08月22日關(guān)于風電,加速向深遠海進發(fā)的最新消息:3月26日上午,我國第一座深遠海漂浮式風電平臺——“海油觀瀾號”離開了廣東珠海福陸碼頭,前往海南的文昌海域,進行海上安裝和調(diào)試。這是我國第一個工作海域離岸距離100公里以上,水深超

3月26日上午,我國第一座深遠海漂浮式風電平臺——“海油觀瀾號”離開了廣東珠海福陸碼頭,前往海南的文昌海域,進行海上安裝和調(diào)試。

這是我國第一個工作海域離岸距離100公里以上,水深超過100米的漂浮式風電平臺,這座“海上大風車”約高70層樓,掃風面積約2.7個足球場大小,能抗17級臺風。

5月6日,據(jù)中國海油發(fā)布的消息,隨著全長5千米的動態(tài)海底電纜完成敷設(shè),“海油觀瀾號”正式打通連接文昌油田群的輸電“大動脈”,意味著我國首座深遠海浮式風電平臺海上施工作業(yè)全部結(jié)束,具備了并網(wǎng)輸電條件,投產(chǎn)在即。

而這也標志著我國深遠海風電關(guān)鍵技術(shù)取得重大進展,海上油氣開發(fā)邁出進軍“綠電時代”的關(guān)鍵一步。

那么,風電平臺為何要“拋棄”近海,千里迢迢遠赴深海?漂浮式風電為何被稱作風電領(lǐng)域里的鈣鈦礦,擁有未來確定性爆發(fā)的產(chǎn)業(yè)趨勢?這條產(chǎn)業(yè)鏈上,又將出現(xiàn)哪些革命性的投資機會?

本文將通過分析漂浮式風電為何成為最優(yōu)先選擇、漂浮式風電結(jié)構(gòu)如何、產(chǎn)業(yè)鏈上具有較大彈性的公司有哪些三個問題,按序展開,以期為讀者展現(xiàn)風電未來技術(shù)發(fā)展圖景,提供相關(guān)上市公司投資參考。

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走向深遠海,是風電注定的成長路徑

風電,作為資源潛力巨大、技術(shù)較為成熟的可再生能源,在減排溫室氣體、應(yīng)對氣候變化的新形勢下,越來越受到世界各國的重視,并已在全球大規(guī)模開發(fā)利用。

近幾年來,伴隨著海上風電成本的迅速降低,考慮到能源成本最終是電源+輸配電雙技術(shù)成本的競爭,而全球主要的發(fā)達城市、用電負荷集中在沿海地區(qū),全球海上風電發(fā)展較陸基風電逐漸加快,爆發(fā)出了驚人的潛力,也獲得了未來全球范圍內(nèi)度電成本最低的清潔能源之一的一致認同。

放眼全球,海風的開發(fā)主要集中于中國與歐洲地區(qū)。

在未來的全球規(guī)劃中,中國市場仍為核心引擎。國內(nèi)多省市已發(fā)布“十四五”能源發(fā)展相關(guān)規(guī)劃,根據(jù)各省規(guī)劃中對海風新增裝機的目標,預(yù)計2022-2025年,新增海風裝機4、10、15、20GW,到2025年末,中國海風累計并網(wǎng)裝機量將達75.5GW,CAGR30%。

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資料來源國家能源局,華創(chuàng)證券預(yù)測

歐洲海風市場也有望在新一輪風電發(fā)展中迎來爆發(fā)。據(jù)GWEC統(tǒng)計,截至2021年底,歐洲海風累計裝機量達28.3GW,占比50.6%。而根據(jù)各國裝機規(guī)劃,到2030 年,英國等八國規(guī)劃實現(xiàn)海風裝機135.6GW;從更遠期裝機目標來看,到2040年,作為新興市場的挪威、波蘭將分別新增海風裝機30、8-11GW;到2050年,法國將新增海風裝機40GW。

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全球海風新增裝機規(guī)模(GW)預(yù)測

資料來源GWEC,華創(chuàng)證券

而在眾多政府海風規(guī)劃中,無論是中國還是歐洲,相比于“固定式風電”來說,“漂浮式風電”、“開發(fā)深遠海資源”等字眼出現(xiàn)的頻率大大增加,那么,為何遠海資源被多次提及?漂浮式風電又為何能成為發(fā)展重點,引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展方向呢?

首先,近海風能資源稀缺,遠海風能資源更豐富。

近年來,海上風電發(fā)展迅速,開發(fā)區(qū)域主要集中在潮間帶和近海海域。從可開發(fā)量看,近海資源占比少。據(jù)ESMAP測算,美國、中國、日本等海風資源儲量分別可達5259/2982/1897GW,其中深海(>50m)占比達 64%。

次之,近海發(fā)展海上風電的掣肘眾多。

從空間資源角度,近海其它活動需求大,養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)、 軍事資源廣泛分布于近海,尤其是航線資源,大量航線分布于近海水域,往來船只拋錨或航線運行不準,都可能對海底電纜或風電基礎(chǔ)造成傷害。

同時,近海風電場的大量建設(shè)也已使得近海優(yōu)質(zhì)風資源地區(qū)逐漸緊張。深遠??臻g資源開闊,旅游養(yǎng)殖等其他活動少,開發(fā)限制少,可以大規(guī)模建廠開發(fā)。

同時,伴隨著水深的增加,漂浮式風電的經(jīng)濟性也逐漸凸顯出來。

現(xiàn)有的海風項目主要采用固定式基礎(chǔ)如單樁、導管架等。隨著水深增加,固定式海風建造安裝費用急劇上升,當水深超 60m 后,采用漂浮式技術(shù)明顯更經(jīng)濟。因此,從經(jīng)濟性的角度來看,海上風電正呈現(xiàn)出由淺到深、由固定式到漂浮式的變化趨勢。

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固定式/漂浮式風電經(jīng)濟性比較

資料來源E&P

而這三大因素,也共同決定了未來風電的發(fā)展格局,將會是以漂浮式風電的形式走向深海、遠海,而截至目前,歐洲、東亞等地區(qū)早已開啟了漂浮式風電的探索。

在已投運/在建項目區(qū)域分布顯示,歐洲最早進入漂浮式領(lǐng)域,裝機規(guī)模為 339.8MW,占比達 53.7%;東亞市場中,日本對漂浮式技術(shù)探索較多,早期完成6個單機試驗項目后才開始進行小規(guī)模商業(yè)化示范項目,總規(guī)模為 37.8MW,占比6%;而中國漂浮式風電項目也于2021年啟動,首個海上漂浮式風電平臺即將于不久的未來投產(chǎn)。

目前,國內(nèi)在漂浮式風電的探索上并不領(lǐng)先,但中國“十四五” 海風發(fā)展戰(zhàn)略為推動近海項目規(guī)?;_發(fā)、深遠海項目示范性開發(fā),發(fā)布了眾多相關(guān)政策。

雖然國內(nèi)短期可預(yù)計的浮式項目僅占全球規(guī)劃的 1.6%,但預(yù)計隨著“十五五”期間海風開發(fā)朝向深遠海,浮式項目有望規(guī)模化放量,中國浮式風電產(chǎn)業(yè)鏈也有望迎來黃金成長時期。

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漂浮式風電海風項目區(qū)域分布

資料來源華創(chuàng)證券

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深海浮式風電不一樣

技術(shù)的大幅變更,自然會催生出不同的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)。

目前,海上風電主要是單樁風電,也就是固定式的風電,而漂浮式風電則是一個運動型的平臺,必須對現(xiàn)有固定式的控制策略進行優(yōu)化,使風力渦輪機可以在接近最佳效率值的情況下運行,并通過減少疲勞載荷來保證其可靠性。

所以,較固定式風電來說,浮式風電在風電機組(風機+塔筒)、浮體系統(tǒng)(基礎(chǔ)+系泊+動態(tài)海纜系統(tǒng))、安裝施工等環(huán)節(jié)均有著較大變化。

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風電機組延續(xù)了大型化的發(fā)展趨勢,但也出現(xiàn)了許多不同的新型設(shè)計理念。

在漂浮式項目中,常規(guī)大型化風機同樣可應(yīng)用于深遠海,但面臨工作環(huán)境的改變,進行了結(jié)構(gòu)加強和控制策略的改進,多種更加適合遠海的創(chuàng)新性設(shè)計也逐漸出現(xiàn)

首先是雙體漂浮式風機,2019年,由西班牙公司EnerOcean牽頭研制的一款新型漂浮式海上風力發(fā)電機進入使用階段,也成為了全球范圍內(nèi)首個雙體漂浮式海上風機,有著容量大、易組裝、可隨風向調(diào)整、建設(shè)成本低等優(yōu)點。

而在去年9月,我國風電龍頭企業(yè)明陽智能也發(fā)布了“藍色能動號”雙轉(zhuǎn)子漂浮式海上風電平臺,搭載兩臺明陽智能MySE8.3-180超緊湊半直驅(qū)海上風機,總?cè)萘靠蛇_16.6MW,也刷新了全球容量最大、重量最輕的雙轉(zhuǎn)子抗臺風漂浮式風機紀錄。

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而在雙體漂浮式風機外,還有異型塔筒、單雙葉片等新型風機形式,分別有著成本低、安裝便利等眾多優(yōu)勢。

但從總體來看,浮式風機創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計體現(xiàn)了開發(fā)商在降本增效上所做的努力,但其并沒有多大的產(chǎn)業(yè)鏈更迭替換空間,只是屬于結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化改進。

浮體系統(tǒng)作為浮式風機與固定式風機最大的不同之處,也有著最多的改變。

首先是為風機機組提供浮力和穩(wěn)定性的鋼結(jié)構(gòu)的浮式基礎(chǔ),目前,主流的浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要分為立柱式、半潛式、張力腿式以及駁船式四種。

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資料來源國盛證券研究所

其中,立柱式依靠將大部分重量放置于盡可能低的位置來降低整個系統(tǒng)的重心,進而獲得穩(wěn)定性,具有結(jié)構(gòu)簡單、垂向波浪激勵力小、穩(wěn)定性較好等特點,但對工作水深有著更多地要求,通常需要大于100m水深。

而半潛式設(shè)計意在最大限度地減少暴露在水中的表面積,最大限度增加體積,垂直圓柱體的大小和距離決定了穩(wěn)定性,有著風機通用性強、水動力性能好、適用范圍廣地優(yōu)點。

張力腿式風機則是最新且技術(shù)風險最高的平臺基礎(chǔ)形式,通過多個張力腿的方法來保證整個風機的穩(wěn)定性,具有平臺垂向運動性能優(yōu)良的特點,但該結(jié)構(gòu)往往需要豐富的制造、安裝相關(guān)經(jīng)驗,在國內(nèi)尚未推廣。

駁船式則借鑒了船的設(shè)計,主要平臺均浮在水面以上,兼具結(jié)構(gòu)形式簡單、容易制造、穩(wěn)性較好、部署靈活的特點,也是目前應(yīng)用較多的復試基礎(chǔ)設(shè)計。

浮式基礎(chǔ)之下,便是由張緊器、系泊線和錨固等裝置組成,通過連接海床為浮式基礎(chǔ)提供定位作用的系泊系統(tǒng)了。

而系泊系統(tǒng)中最重要的部分莫過于系泊線,是連接浮式基礎(chǔ)和海床的關(guān)鍵構(gòu)件,主要有懸鏈式、張緊式、張力腿式三種形成。

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懸鏈線式

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張緊式

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張力腿式

而三種系泊也對應(yīng)著不同的浮式基礎(chǔ)設(shè)計半潛式、立柱式漂浮式風機常采用懸鏈式系泊,該類型系泊線為鋼鏈結(jié)構(gòu),鋼鏈因其具備制造成本低、工序簡單、強度高等優(yōu)點,是目前使用最廣泛的系泊材料,但其占據(jù)海床空間較大,重量隨著水深增加而急劇增大。

而張緊式、張力腿式在重量與占據(jù)空間方面有一定改善,但從安裝角度來看,則更為復雜,所以截至目前,懸鏈式系泊為建設(shè)主流方案。

此外,在實際的建設(shè)中,也存在著許多優(yōu)化降本的方案,例如國內(nèi),“引領(lǐng)號”及“扶搖號”均采用9點懸鏈式系泊方案,即三個立柱各有三條系泊纜,三條系泊纜共用同一個錨固基礎(chǔ),通過共享的方法,大幅降低成本。

除系泊系統(tǒng)外,還有進行用電傳輸?shù)膭討B(tài)海纜部分。

與固定式風機不同,漂浮式風機有著運動的空間,也決定了海纜將會被設(shè)計為可運動的狀態(tài)。此時,動態(tài)海纜不僅要承擔傳輸電力的作用、還要抵御各種環(huán)境載荷耦合所產(chǎn)生破壞的能力,因此在設(shè)計動態(tài)海纜結(jié)構(gòu)時,要考慮各種載荷對海纜結(jié)構(gòu)的影響。

而在風機本身結(jié)構(gòu)之外,前往深遠海安裝施工也成為了產(chǎn)業(yè)鏈中必不可少的一部分。

漂浮式風機的大部分組件可于陸上建造組裝,安裝受窗口期影響很小,但浮體運輸、浮體吊裝、組裝、風機吊裝及系泊纜鋪設(shè)等部分必須于海上作業(yè),并且對作業(yè)時的季節(jié)、天氣等各項因素有著極為嚴苛的要求,這也催生了對安裝船的需求,并對安裝船起吊能力、作業(yè)水深、可變載荷及甲板面積提出了更高的要求,供應(yīng)缺口即將出現(xiàn)。

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浮式風電機會花落誰家?

與浮式風電在結(jié)構(gòu)上的變化相同,價值量大、技術(shù)含量高的環(huán)節(jié)自然也催生了相關(guān)公司成長、投資的機會。

首先,是由固定式風電到漂浮式風電改變中必須用到的系泊錨固系統(tǒng),作為浮式風電的核心環(huán)節(jié),系泊錨固系統(tǒng)能夠占到漂浮式海上風電樣機總造價的20%以上,是成本占比最高的環(huán)節(jié)之一。

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而在國內(nèi)錨鏈市場上最有話語權(quán)的公司是亞星錨鏈。其憑借著先進的技術(shù)、豐富的經(jīng)驗、超高的市場份額,在即將到來漂浮式風電大潮,有望成為了該環(huán)節(jié)龍頭。

首先,公司有著遙遙領(lǐng)先同業(yè)競爭者的系泊鏈產(chǎn)品技術(shù)。

從2005年開始,公司陸續(xù)成功開發(fā)R3、R4、R5、R6 級別的海洋系泊鏈,從打破西方壟斷,逐漸成長為世界頂尖錨鏈企業(yè),并擁有國家科技進步特等獎的榮譽。

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資料來源公司官網(wǎng)

而公司在技術(shù)突破的同時,也具有了國際標準制定能力,成為世界首家具備批量生產(chǎn)最高級別海洋系泊鏈能力的企業(yè)。由其主編的全球首個系泊鏈國際標準ISO20438《船舶與海洋技術(shù)——系泊鏈》正式出版發(fā)布,標志著中國企業(yè)在系泊鏈制造和技術(shù)研發(fā)上達到世界領(lǐng)先水平。

次之,亞星錨鏈在設(shè)備、工藝、材料等領(lǐng)域有著綜合競爭優(yōu)勢。

系泊鏈每個生產(chǎn)工序都由相對獨立的設(shè)備完成,主要生產(chǎn)設(shè)備均為專用、大型裝置,針對部分大型、關(guān)鍵、技術(shù)含量和難度較大的生產(chǎn)設(shè)備,公司依靠自身技術(shù)獨立或聯(lián)合設(shè)計、獨立制造安裝,也成為了公司的護城河。

而工藝流程則依賴大量經(jīng)驗積累,亞星錨鏈通過研制高等級系泊鏈,極大地受益于國家大工程和科技項目,而后來者再難以通過該方式享受紅利。

而在材料方面,系泊鏈用鋼需與鋼鐵企業(yè)聯(lián)合開發(fā),過程極為復雜。而亞星錨鏈早在十五年前便與寶鋼簽訂了各類試制工作與技術(shù)推進的協(xié)議,也成為了世界首家獲得 R6 級系泊鏈鋼認證證書的企業(yè)。

最后,亞星錨鏈已經(jīng)壟斷了國內(nèi)漂浮式海風系泊鏈市場。

過去幾年錨鏈行業(yè)景氣度不高,龍頭企業(yè)ROE長期處于較低水平,而經(jīng)歷了長期的清退階段后,只有亞星錨鏈這類絕對龍頭能提供長期、穩(wěn)定、先進的錨鏈,也幾乎壟斷了國內(nèi)漂浮式海上風電項目的系泊鏈,可以說用到了海風系泊鏈的地方,都有著亞星錨鏈的身影。

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亞星錨鏈歷年加權(quán)ROE

資料來源WIND,平安證券研究所

而盡管目前漂浮式海風項目仍然較少、對公司的業(yè)績貢獻仍然較小,但行業(yè)具有較大的成長爆發(fā)力與想象力,并且當前的時點更加類似于2018年前的固定式海風。而在未來,公司有望借助漂浮式風電的發(fā)展,迎來更大的成長空間。

而在彈性最大的系泊鏈之外,塔筒與浮體基礎(chǔ)在整個系統(tǒng)中的價值占比一定上最高的,以現(xiàn)在的漂浮式樣機來說,基礎(chǔ)的建造成本大概是1.5萬/噸,遠超以前的固定式基礎(chǔ)。即便預(yù)計在隨著規(guī)?;a(chǎn)業(yè)鏈的效益支撐之下,它的成本會降低,但永遠會占整個漂浮式建造成本的大頭。

這也給了天順風能、泰勝風能、大金重工等基礎(chǔ)系統(tǒng)企業(yè)成長的機會,但總的來說,雖未像亞星錨鏈一般擁有絕對的競爭優(yōu)勢,但也有望借漂浮式風電行業(yè)的發(fā)展迎來企業(yè)的又一波加速。

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寫在最后

時至今日,漂浮式風電正處于快速發(fā)展的道路,但在迎來巨大市場份額與廣闊的技術(shù)前景的同時,也面臨著一系列的挑戰(zhàn)。

如何能在度電成本最低的情況下建造能夠承受惡劣海上環(huán)境的風機?如何能在氣候惡劣的海上尋找有效的作業(yè)時機?隨著離岸距離的增加,怎樣保證定期的運營與維護?......這些都是擺在技術(shù)人員與整個產(chǎn)業(yè)面前的問題。

近十年來,我國的風電技術(shù)取得了顯著的進步,風電裝機容量和產(chǎn)能均位居世界首位,成為了當之無愧的風電第一大國。但在成為大國的同時,還存在著風機運行效率低、故障率高、可靠性差等問題,致使風能的實際利用率、風場盈利能力與預(yù)期還有很大差距。

而在這個陸基向海基轉(zhuǎn)移,近海向遠海發(fā)展的當口,我們這個風電大國也迎來了向風電強國躋身的彎道超車時機。

或許風電行業(yè)在走向深遠海時代的道路上注定坎坷,但在迎接重重挑戰(zhàn)的同時也必將催生更多機遇。總的來說,漂浮式風電的技術(shù)即將成熟并將在不久的未來迎來商用,而伴隨著相關(guān)需求的提升,整個行業(yè)也即將迎來高速新發(fā)展。

原文標題:風電,加速向深遠海進發(fā)

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